CN108832697B - 基于电力载波的智能充电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于电力载波的智能充电系统及方法，包括管理部分和充电部分。管理部分由PC上位机、人机界面、数据库、管理网关、管理单片机和管理射频卡读写模块组成；管理射频卡读写模块经由管理单片机连接PC上位机；人机界面和数据库连接在PC上位机上；管理网关与PC上位机相连。充电部分由充电网关、至少1个充电桩和至少1个插座组成；充电网关与所有充电桩连接，每个充电桩连接至少1个插座。本发明的充电桩和插座、网关的通信方式为电力载波方式，降低了布线的难度和成本，也避免了无线方式易受干扰的问题，其具有结构简单、安装简易和实用性强的特点，可对小区、公共场所、停车场等地的电动车进行充电管理，易于推广应用。

Description

基于电力载波的智能充电系统及方法

技术领域

本发明涉及电动自行车技术领域，具体涉及一种基于电力载波的智能充电系统及方法。

背景技术

随着交通条件和技术的发展，电动自行车已成为中小城市人们出行的主要代步工具。近年来，随着电动自行车行业市场日益增大，电动自行车行业蓬勃发展，电动自行车数量也在飞速地增加。与此同时，电动自行车的管理问题就日益尖锐了，其中的最为突出的三大问题即：充电难、易起火、易被盗。因此，对小区电动自行车进行充电、监控进行自动化管理很有必要。

然而，市场上现有的绝大多数针对电动自行车设计的充电设备都只有一种采用按时计费方式的工作方式，此外在智能化控制和智能安防方面的技术设计都很少。从市场需求和市场的竞争性分析，智能充电管理系统的确具有很大的市场前景。

发明内容

本发明所要解决的是现有电动自行车设计的充电设备智能化充电管理有所欠缺的问题，提供一种基于电力载波的智能充电系统及方法。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

基于电力载波的智能充电系统，包括管理部分和充电部分。上述管理部分由PC上位机、人机界面、数据库、管理网关、管理单片机和管理射频卡读写模块组成；管理射频卡读写模块经由管理单片机连接PC上位机；人机界面和数据库连接在PC上位机上；管理网关与PC上位机相连。上述充电部分由充电网关、至少1个充电桩和至少1个插座组成；充电网关与所有充电桩连接，每个充电桩连接至少1个插座；充电网关包括网关电力载波模块、协议转换模块和通信模块；通信模块与管理网关连接；通信模块与协议转换模块的一端相连，协议转换模块的另一端与网关电力载波模块连接；每个充电桩包括显示屏、语音播报模块、用户输入模块、充电射频卡读写模块、充电电力载波模块和主控模块；充电电力载波模块与网关电力载波模块连接；市电连接充电电力载波模块，充电电力载波模块与主控模块连接；显示屏、语音播报模块、用户输入模块和充电射频卡读写模块连接在主控模块上；每个插座包括插座电力载波模块、继电器模块、功率检测模块、充电接口、插座单片机和显示模块；插座电力载波模块与充电电力载波模块连接；充电电力载波模块的输出端经由继电器模块连接功率检测模块的输入端，充电接口连接在功率检测模块的输出端上；插座电力载波模块、继电器模块、功率检测模块与插座单片机连接；显示模块连接在插座单片机上。

上述方案中，PC上位机和管理单片机通过USB和/或串口连接。

上述方案中，管理网关由路由器和交换机组成，其中交换机一端与PC上位机相连，另一端与路由器相连。

上述方案中，每个充电桩还进一步包括电源管理模块和应急可充电电池，电源管理模块分别与市电和主控模块连接，应急可充电电池连接在电源管理模块上。

上述方案中，通信模块包括以太网模块和/或GPRS模块。

上述智能充电系统所实现的基于电力载波的智能充电方法，包括步骤如下：

步骤1、管理员在PC上位机通过管理射频卡读写模块为用户的射频卡进行账户管理；此时，用户将射频卡放到管理射频卡读写模块的有效距离范围内，管理员通过PC上位机发送读卡指令到管理单片机，管理单片机驱动射频卡读写模块，读取射频卡的卡号及相关信息并返回到PC上位机，PC上位机根据卡号查询数据库，将卡号相关的信息显示到人机界面上；

步骤2、当用户将电动自行车的插头插入到插座上的充电接口上时，该插座所对应的充电桩上的语音播报模块发出语音提示，指导用户到充电桩上通过充电射频卡读写模块刷卡或通过用户输入模块输入账户，同时该充电桩的显示屏上显示相应的引导信息，完成操作后充电桩通过充电电力载波模块和插座电力载波模块向插座发送指令，插座单片机接收到该指令后，控制继电器模块开启，开始充电；

步骤3、开始充电后，插座单片机通过功率检测模块检测充电功率、电流和电压，并将该检测数据通过插座电力载波模块和充电电力载波模块发送到充电桩；

步骤4、充电桩将多个插座的检测数据整理为数据包通过充电电力载波模块和网关电力载波模块发送到充电网关；协议转换模块将多个充电桩的数据包进一步整理为最终数据包，并通过通信模块发送到管理部分的管理网关；

步骤5、PC上位机通过管理网关接收最终数据包并记录到数据库中，同时根据用户所用电量实时计费；

步骤6、在充电过程中，当插座单片机通过功率检测模块检测到充电功率、电压和电流异常时，控制继电器模块断开充电接口的供电，并将该异常信息依次经由插座电力载波模块、充电桩电力载波模块、充电网关和管理网关发送到管理部分的PC上位机，PC上位机将该信息记录到数据库并在人机界面上做出提示；

步骤7、在充电过程中，当电池电量充满时，插座单片机通过功率检测模块检测到充电功率和电流在充满电的范围时，控制继电器模块断开充电接口的供电，并将该充电完成信息依次经由插座电力载波模块、充电桩电力载波模块、充电网关和管理网关发送到管理部分的PC上位机，PC上位机将该充电完成信息记录到数据库并在人机界面上做出提示。

上述步骤1中，所进行的账户管理包括开户、充值、查询和销户。

上述智能充电方法还进一步包括如下步骤：

正常情况下，充电桩的电源管理模块通过市电给应急可充电电池充电并提供充电桩的工作电源；

当突然停电时，充电桩的电源管理模块检测切换应急可充电电池为充电桩供电电源，主控模块通过电源管理模块检测到这一信号后，将数据和当前时间保存到主控模块内部，并将充电桩除主控模块外的其他模块设置为睡眠模式以减少功耗；

再次来电后，主控模块先将充电桩除主控模块外的其他模块从睡眠模式中唤醒，再将储存的数据经由充电电力载波模块和充电网关发送到PC上位机，PC上位机接收到数据后，将数据与数据库纪录对比，若该时间后于数据库纪录，则将该数据记录到数据库。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1、充电桩和插座、网关的通信方式为电力载波方式，降低了布线的难度和成本，也避免了无线方式易受干扰的问题。

2、通过功率检测模块实时检测电量，一方面计费准确，另一方面实时监测充电的功率、电流和电压，可以及时发现充电的异常情况，避免充电电路短路、电池过充、电池异常等情况的发生。

3、结构简单、安装简易，实用性强，可对小区、公共场所、停车场等地的电动车进行充电管理，易于推广应用。

附图说明

图1为基于电力载波的智能充电系统的原理框图；

图2为图1中充电部分的原理框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

参见图1，一种基于电力载波的智能充电系统，包括管理部分和充电部分两大部分。

上述管理部分由PC上位机、人机界面、数据库、管理网关、管理单片机和管理射频卡读写模块组成。管理射频卡读写模块经由管理单片机连接PC上位机。人机界面和数据库连接在PC上位机上。管理网关与PC上位机通过USB和/或串口相连。管理网关由路由器和交换机组成，其中交换机一端与PC上位机相连，另一端与路由器相连。

上述充电部分由充电网关、至少1个充电桩和至少1个插座组成，如图2所示。充电网关与所有充电桩连接，每个充电桩连接至少1个插座。充电网关包括以太网模块、GPRS模块、协议转换模块和网关电力载波模块。以太网模块和GPRS模块与管理网关通信。以太网模块和GPRS模块与协议转换模块的一端相连，协议转换模块的另一端与网关电力载波模块连接。每个充电桩包括显示屏、语音播报模块、用户输入模块、充电射频卡读写模块、电源管理模块、充电电力载波模块、应急可充电电池和主控模块。充电电力载波模块与网关电力载波模块连接。市电连接充电电力载波模块和电源管理模块，电源管理模块和充电电力载波模块均与主控模块连接。应急可充电电池与电源管理模块连接。显示屏、语音播报模块、用户输入模块和充电射频卡读写模块连接在主控模块上。每个插座包括插座电力载波模块、继电器模块、功率检测模块、充电接口、插座单片机和显示模块。插座电力载波模块与充电电力载波模块连接。充电电力载波模块的输出端经由继电器模块连接功率检测模块的输入端，充电接口连接在功率检测模块的输出端上。插座电力载波模块、继电器模块、功率检测模块与插座单片机连接。显示模块连接在插座单片机上。

上述系统所实现的一种基于电力载波的智能充电方法，其具体包括如下步骤：

管理员可在PC端通过射频卡读写模块为用户的射频卡进行账户管理，包括开户、充值、查询和销户等操作。

此时，用户将射频卡放到射频卡读写模块的有效距离范围内，管理员通过PC端发送读卡指令到单片机，单片机通过IO口驱动射频卡读写模块，读取射频卡的卡号及相关信息并返回到PC端，PC端根据卡号查询数据库，将卡号相关的信息显示到屏幕。

当管理员执行开户操作时，数据库添加该卡号的条目信息，PC端将开户信息发送到单片机，单片机通过IO口驱动射频卡读写模块，将信息写入射频卡。

当管理员执行充值操作时，数据库添加该卡号的条目信息，PC端将充值信息发送到单片机，单片机通过IO口驱动射频卡读写模块，将信息写入射频卡。

当管理员执行查询操作时，管理员可在PC端通过人机界面访问数据库，查询和管理控制充电桩和插座，设置电费单价，查询、管理和统计用户的消费情况，包括用电时长、用电时间段和用电量等。

当管理员执行销户操作时，数据库删除该卡号的条目信息，PC端将销户信息发送到单片机，单片机通过IO口驱动射频卡读写模块，将信息写入射频卡。

用户将插头插入插座上电充电接口后按下按键，充电桩上的语音播报模块进行语音提示指导用户到充电桩上通过射频卡刷卡或通过用户输入模块输入账户，同时显示屏上显示相应的引导信息，完成操作后充电桩通过电力载波模块向插座发送指令，插座里的单片机接收到后控制继电器模块，系统开始充电。

开始充电后，插座上的单片机通过功率检测模块检测充电功率、电流和电压，并将数据通过电力载波模块发送到充电桩，充电桩将多个插座的检测数据整理为数据包通过电力载波模块发送到充电网关，充电网关将多个充电桩的数据包进一步整理为最终数据包发送到管理部分，PC上位机通过管理网关接收最终数据包并记录到数据库中，同时根据用户所用电量实时计费。

在充电过程中，当插座上的单片机通过功率检测模块检测到充电功率、电压和电流异常时，控制继电器模块断开充电接口的供电，并将该异常信息发送到管理部分的PC上位机端，PC上位机将该信息记录到数据库并在人机界面上做出提示。

在充电过程中，当电池电量充满时，插座上的单片机通过功率检测模块检测到充电功率和电流在充满电的范围时，控制继电器模块断开充电接口的供电，并将该信息发送到管理部分的PC上位机端，PC上位机将该信息记录到数据库并在人机界面上做出提示。

在充电过程中，正常情况下，充电桩的电源管理模块通过市电给应急可充电电池充电并提供充电桩的工作电源。当突然停电时，充电桩的电源管理模块检测切换应急可充电电池为充电桩供电电源，主控模块通过电源管理模块检测到这一信号后，将数据和当前时间保存到主控模块内部，并将其他模块(即充电桩的显示屏、语音播报模块、用户输入模块、射频卡读写模块和电力载波模块)设置为睡眠模式以减少功耗。再次来电后，主控模块先将其他模块从睡眠模式中唤醒，再将储存的数据发送到PC上位机端，PC上位机端接收到数据后将数据与数据库纪录对比，若该时间后于数据库纪录，则将该数据记录到数据库。

需要说明的是，尽管以上本发明所述的实施例是说明性的，但这并非是对本发明的限制，因此本发明并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本发明原理的情况下，凡是本领域技术人员在本发明的启示下获得的其它实施方式，均视为在本发明的保护之内。

Claims (6)

1.基于电力载波的智能充电方法，其特征是，

实现该智能充电方法的智能充电系统包括管理部分和充电部分；上述管理部分由PC上位机、人机界面、数据库、管理网关、管理单片机和管理射频卡读写模块组成；管理射频卡读写模块经由管理单片机连接PC上位机；人机界面和数据库连接在PC上位机上；管理网关与PC上位机相连；上述充电部分由充电网关、至少1个充电桩和至少1个插座组成；充电网关与所有充电桩连接，每个充电桩连接至少1个插座；充电网关包括网关电力载波模块、协议转换模块和通信模块；通信模块与管理网关连接；通信模块与协议转换模块的一端相连，协议转换模块的另一端与网关电力载波模块连接；每个充电桩包括显示屏、语音播报模块、用户输入模块、充电射频卡读写模块、充电电力载波模块、主控模块、电源管理模块和应急可充电电池；充电电力载波模块与网关电力载波模块连接；市电连接充电电力载波模块，充电电力载波模块与主控模块连接；显示屏、语音播报模块、用户输入模块和充电射频卡读写模块连接在主控模块上；电源管理模块分别与市电和主控模块连接，应急可充电电池连接在电源管理模块上；每个插座包括插座电力载波模块、继电器模块、功率检测模块、充电接口、插座单片机和显示模块；插座电力载波模块与充电电力载波模块连接；插座电力载波模块的输出端经由继电器模块连接功率检测模块的输入端，充电接口连接在功率检测模块的输出端上；插座电力载波模块、继电器模块、功率检测模块与插座单片机连接；显示模块连接在插座单片机上；

该智能充电方法包括步骤如下：

步骤1、管理员在PC上位机通过管理射频卡读写模块为用户的射频卡进行账户管理；此时，用户将射频卡放到管理射频卡读写模块的有效距离范围内，管理员通过PC上位机发送读卡指令到管理单片机，管理单片机驱动射频卡读写模块，读取射频卡的卡号及相关信息并返回到PC上位机，PC上位机根据卡号查询数据库，将卡号相关的信息显示到人机界面上；

步骤2、当用户将电动自行车的插头插入到插座上的充电接口上时，该插座所对应的充电桩上的语音播报模块发出语音提示，指导用户到充电桩上通过充电射频卡读写模块刷卡或通过用户输入模块输入账户，同时该充电桩的显示屏上显示相应的引导信息，完成操作后充电桩通过充电电力载波模块和插座电力载波模块向插座发送指令，插座单片机接收到该指令后，控制继电器模块开启，开始充电；

步骤3、开始充电后，插座单片机通过功率检测模块检测充电功率、电流和电压，并将该检测数据通过插座电力载波模块和充电电力载波模块发送到充电桩；

步骤4、充电桩将多个插座的检测数据整理为数据包通过充电电力载波模块和网关电力载波模块发送到充电网关；协议转换模块将多个充电桩的数据包进一步整理为最终数据包，并通过通信模块发送到管理部分的管理网关；

步骤5、PC上位机通过管理网关接收最终数据包并记录到数据库中，同时根据用户所用电量实时计费；

步骤6、在充电过程中，当插座单片机通过功率检测模块检测到充电功率、电压和电流异常时，控制继电器模块断开充电接口的供电，并将该异常信息依次经由插座电力载波模块、充电桩电力载波模块、充电网关和管理网关发送到管理部分的PC上位机，PC上位机将该信息记录到数据库并在人机界面上做出提示；

步骤7、在充电过程中，当电池电量充满时，插座单片机通过功率检测模块检测到充电功率和电流在充满电的范围时，控制继电器模块断开充电接口的供电，并将该充电完成信息依次经由插座电力载波模块、充电桩电力载波模块、充电网关和管理网关发送到管理部分的PC上位机，PC上位机将该充电完成信息记录到数据库并在人机界面上做出提示；

步骤8、正常情况下，充电桩的电源管理模块通过市电给应急可充电电池充电并提供充电桩的工作电源；当突然停电时，充电桩的电源管理模块检测切换应急可充电电池为充电桩供电电源，主控模块通过电源管理模块检测到这一信号后，将数据和当前时间保存到主控模块内部，并将充电桩除主控模块外的其他模块设置为睡眠模式以减少功耗；再次来电后，主控模块先将充电桩除主控模块外的其他模块从睡眠模式中唤醒，再将储存的数据经由充电电力载波模块和充电网关发送到PC上位机，PC上位机接收到数据后，将数据与数据库纪录对比，若该时间后于数据库纪录，则将该数据记录到数据库。

2.根据权利要求1所述的基于电力载波的智能充电方法，其特征是，步骤1中，所进行的账户管理包括开户、充值、查询和销户。

3.实现权利要求1所述方法的基于电力载波的智能充电系统，其特征是，包括管理部分和充电部分；

上述管理部分由PC上位机、人机界面、数据库、管理网关、管理单片机和管理射频卡读写模块组成；管理射频卡读写模块经由管理单片机连接PC上位机；人机界面和数据库连接在PC上位机上；管理网关与PC上位机相连；

上述充电部分由充电网关、至少1个充电桩和至少1个插座组成；充电网关与所有充电桩连接，每个充电桩连接至少1个插座；

充电网关包括网关电力载波模块、协议转换模块和通信模块；通信模块与管理网关连接；通信模块与协议转换模块的一端相连，协议转换模块的另一端与网关电力载波模块连接；

每个充电桩包括显示屏、语音播报模块、用户输入模块、充电射频卡读写模块、充电电力载波模块、主控模块、电源管理模块和应急可充电电池；充电电力载波模块与网关电力载波模块连接；市电连接充电电力载波模块，充电电力载波模块与主控模块连接；显示屏、语音播报模块、用户输入模块和充电射频卡读写模块连接在主控模块上；电源管理模块分别与市电和主控模块连接，应急可充电电池连接在电源管理模块上；

每个插座包括插座电力载波模块、继电器模块、功率检测模块、充电接口、插座单片机和显示模块；插座电力载波模块与充电电力载波模块连接；插座电力载波模块的输出端经由继电器模块连接功率检测模块的输入端，充电接口连接在功率检测模块的输出端上；插座电力载波模块、继电器模块、功率检测模块与插座单片机连接；显示模块连接在插座单片机上。

4.根据权利要求3所述的基于电力载波的智能充电系统，其特征是，PC上位机和管理单片机通过USB和/或串口连接。

5.根据权利要求3所述的基于电力载波的智能充电系统，其特征是，管理网关由路由器和交换机组成，其中交换机一端与PC上位机相连，另一端与路由器相连。

6.根据权利要求3所述的基于电力载波的智能充电系统，其特征是，通信模块包括以太网模块和/或GPRS模块。